施工升降机安全监测系统

施工升降机安全监测系统

内容摘要

施工升降机是高层建筑施工中不可缺少的垂直运输工具，它主要担负运送施工人员和施工设备以及施工物料的任务。对于当前施工升降机自动化程度低、安全管理弱的特点，本文设计了一种施工升降机自动化的安全监测系统。

首先介绍施工升降机安全监测的意义，分析了国内外施工升降机安全监测的研究现状及其发展趋势，明确了升降机安全监测系统所要达到的性能指标。然后，根据施工升降机安全监测系统的功能需求，给出了系统硬件设计的总体思路和系统结构框图，详细分析了重量信号采集模块、加速度采集模块、楼层呼叫接收模块、数据存储模块、远程通信模块等各部分功能电路。在软件设计上，根据系统的功能需求，详细阐述了系统的重量、加速度信号数据采集、处理和修正的方法，系统运行参数存储和转存，远程通信的实现等。

通过上述设计，实现了施工升降机监测的快速运行，简单方便，便于控制等基本功能。

关键词

施工升降机；安全监测；加速度传感器；楼层呼叫

I

security monitoring system design

Name:Zhanghao Instructor:Suyanping

Abstract

The construction hoist vertical transport is indispensable to the construction of high-rise buildings, it is mainly charged with the task of transporting construction workers and construction equipment and construction materials. In view of the current construction hoist low degree of automation and safety management characteristics of weak, the remote automation safety control system for construction hoist was designed.

According to the functional requirements of the construction hoist safety monitoring system, we can determine the general idea of the system hardware design and system block diagram and have a detailed analysis of the weight of the signal acquisition module, the

acceleration data acquisition module, the floor call system module, the data storage module, the remote communication module and so on. In the aspect of software design, according to the system's functional requirements ,it elaborated the methods of the acquisition of the acceleration signal data ,the weight of the system，and the processing and correction. And it also elaborated detailed the system operating parameters storage and forwarding, and the realization of remote communication.

Through the design, we completed the construction elevator monitoring operation, simple and convenient, easy to control and other basic functions.

Key words

The construction hoist;Safety monitoring; Acceleration sensor; Floor call

录

第一章绪论- 0 -

1.1研究背景与意义 ............................. - 0 -

1.2 国内外研究现状............................. - 2 -

1.3 本文研究内容............................... - 2 -

小结........................................... - 4 - 第二章施工升降机的安全监测系统概述.................. - 5 -

2.1施工升降机的基本简介 ....................... - 5 -

2.2施工升降机安全装置 ......................... - 5 -

2.3 无线呼叫接收基本原理....................... - 8 -

2.4 自动选层及平层基本原理..................... - 9 -

2.5 系统总体方案............................... - 9 -

小结.......................................... - 10 - 第三章施工升降机安全监测系统硬件设计............... - 10 -

3.1 单片机选型概述............................ - 11 -

3.2 系统设计总图.............................. - 11 -

3.3无线楼层呼叫接收模块 ...................... - 13 -

3.4 信号采集模块.............................. - 14 -

3.5开关电源模块 .............................. - 17 -

3.6 A/D转换模块 .............................. - 19 -

3.7数据存储.................................. - 21 -

3.8 LED显示模块 .............................. - 22 -

3.9 键盘及其接口模块- 23 -

小结.......................................... - 25 - 第四章系统软件结构设计............................. - 25 -

4.1系统软件设计 .............................. - 25 -

4.2 数据的输出................................ - 28 -

4.2.1 声光报警及继电器 .................. - 28 -

4.2.2 数码显示输出 ...................... - 28 -

4.3 楼层呼叫接收模块.......................... - 29 -

小结.......................................... - 32 - 第五章设计总结 .................................... - 32 - 参考文献........................................... - 35 - 附录 A 部分程序源代码............................... - 37 -

施工升降机安全监测系统设计

第一章绪论

施工升降机主要用于城市高层和超高层建筑中各种类型，这主要是因为这个建筑高度使用井架，龙门内完成工作是很困难的。近年来，随着建筑高度的不断增加，高度的大型建筑电梯的需求也在不断增加。施工升降机，除了应用在高层建筑施工中也可以应用在桥梁施工，此外，它还可以用在大型化工厂冷却塔，电厂烟囱，广播电视塔和煤矿等建筑，施工升降机已成为建筑行业不可缺少的机械设备【1】。1.1研究背景与意义

建筑用施工升降机由于造价较低，结构简单，作业环境恶劣，结构构件与装置常暴露在外，并且建筑用施工升降机多为临时性租赁而来和使用中经常变更高度等特性，组装、拆卸频繁，因此建筑用施工升降机比商用电梯更容易造成事故。另外建筑用施工升降机的出入口闸门的连锁装置，常因使用者为图一时方便，进行破坏，亦是容易造成事故发生的原因之一。

随着建筑市场的迅速发展，高层、超高层建筑的日益增多，对其要求越来越高，使用也越来越广泛。但由于起重设备专业性强，施工现场使用条件恶劣，施工单位安全管理工作严重滞后，跟不上建筑施工现场的工作节奏和强度等因素，极易发生机毁人亡的安全事故，给国家和人民的生命和财产带来巨大损失。日前在成都发生的一起施

工升降机坠落事故，就值得我们深省。

1.2 国内外研究现状

自1973年以来，中国的第一个机架和小齿轮施工电梯诞生以来，经过30多年的不断发展，结构，功能，电梯在使用，安全装置等方面的变化和发展。目前，施工升降机制造产业较为发达的国家是德国，法国，英国，意大利，西班牙，丹麦，俄罗斯，美国和日本。该公司在瑞典，西班牙的ALIMARK PEGA公司的代表，他们的产品占据国际起重机市场的大部分份额，支持他们的安全监控设备，基本上反映了施工电梯安全监控设备的开发过程中，状态和趋势。然而，由于施工升降机结构简单，操作方便，低附加值的功能，人们往往忽略了一个事实，大多集中在塔式起重机及其它工程机械设备，其安全设备，安全监控设备的必要性。其中有一个代表瑞典ALIMARK公司，董事会建设提升驱动，采用针型传感器来监测负载吊笼，实时检测和显示控制仪表负载条件下，一旦超负荷，它停止运行在传统的内部驱动器类型升降机，也取得了国外的有益尝试，虽然显示和控制精度略逊于前者，但也基本能满足实际工程。其次是西班牙PEGA吊笼公司。

我们目前的建设吊笼，虽然落后于国际先进标准，国家标准是2005年施工升降机版本，已被纳入了一些欧洲和美国的标准内容，但总体来说与国际还有一定的差距。根据欧洲标准的经验，充分考虑标准的制定者的想法为基础的情况下可能（甚至是滥用会发生）的安全风险，从而制定有效的针对性的预防措施，使我们的产品设计师，产品标准的制定者，现场管理人员得以使用。我们必须先学习，坚持以人为本，安全第一的理念和在实际工作中实施。

1.3 本文研究内容

通过本设计的研究，确定了施工升降机安全监测系统的研究内容:

1、施工升降机安全监测系统基本功能分析以及总体方案设计。整个系统大致可以分成五大部分：重量、加速度信号采集部分、主控处理及接口部分、数码及外接显示部分、楼层呼叫接收部分、短信远程监控部分。

2、硬件方案及电路原理图的设计。完善前级模拟信号调理电路；设计自检装置电路；加速度检测电路；无线楼层呼叫系统。

3、软件的设计。作出系统软件各个模块的流程图；完善软件控制。

4、完善楼层呼叫系统软硬件设计。

小结

本章比较了国内外施工升降机现状，说明了我国施工升降机发展的迫切性。分析了我国施工升降机现状，主要表现在电自动化程度低、安全管理弱等。并通过改进设计出了新型施工升降机解决方案，使之与国际接轨，尽快解决我国施工升降机落后的现状。

第二章施工升降机的安全监测系统概述

2.1施工升降机的基本简介

施工升降机又叫建筑用施工电梯，也可以成为室外电梯，工地升降机。是建筑中经常使用的载人载货施工机械，主要用于高层建筑的内外装修、桥梁、烟囱等建筑的施工。由于其独特的箱体结构让施工人员乘坐起来既舒适又安全。施工升降机在工地上通常是配合塔吊使用。一般的施工升降机载重量在1-3吨，运行速度为1-60m/min。施工升降机的种类很多，按运行方式分有：无对重和有对重两种；按控制方式分为手动控制式和自动控制式。根据实际需要还可以添加变频装置和PLC控制模块，另外还可以添加楼层呼叫装置和平层装置。

图2.1施工升降机实图

2.2施工升降机安全装置

1.限速器

为了防止施工升降机吊笼超速或下降，设置一个安全装置被分成两种类型的单向和双向，单向调速器只能沿笼的方向减少的限速效

果，双向调速器可以向上和向下沿笼效应在两个方向的速度限制。总督应要求进行性能测试期间。

2.缓冲弹簧

缓冲弹簧安装在基架连接的弹簧座中，保持架，这样，当发生跌倒的意外，减少葫芦的影响，同时确保走在地面上的轿厢和对重的柔性接触时，减慢的轿厢和对重，当接地的影响。缓冲弹簧圆锥螺旋弹簧螺旋弹簧和两种。通常情况下，每个相应的笼机箱有两个或三个或四个锥形弹簧螺旋弹簧。

3.上、下限位器

为防止吊笼上、下时超过需停位置，或因司机误操作以及电气故障等原因继续上行或下降引发事故而设置的装置，安装在吊笼和导轨架上，限位装置由限位碰块和限位开关构成，设在吊笼顶部的最高限位装置，可防止冒顶；坐落在吊笼底部的最低限位装置，可准确停层，属于自动复位型。

4.上、下极限限位器

上、下极限限位器是在上、下限位器不起作用时，当吊笼运行超过限位开关和越程后，能及时切断电源使吊笼停车。极限限位是非自动复位型。动作后只能手动复位才能使吊笼重新启动。极限限位器安装在吊笼和导轨架上。（越程是指限位开光与极限位开关之间所规定的安全距离）

5.安全钩

安全钩是为防止吊笼达到预先设定位置，上限位器和上极限限位

器因各种原因不能及时动作，吊笼继续向上运行，将导致吊笼冲击导轨架顶部面发生倾翻坠落事故而设置的钩块状，也是最后一道安全装置。它能使吊笼上行到轨架安全防护设施顶部时，安全地沟在导轨架上，防止吊笼出轨，保证吊笼不发生倾覆坠落事故。

6.急停开关

当因各种原因发生的紧急情况下，在操作过程中的保持架，该驱动程序可以在任何时间通过按下紧急停止开关，使吊笼停止运行。紧急切断必须是非自复位的安全装置，通常安装在笼顶。

7.吊笼门、防护围栏门连锁装置

施工升降机的吊笼门、防护围栏门均装有电器连锁开关，它们能有效地防止因吊笼或防护围栏门未关闭而启动运行造成人员的物料坠落损害，只有当吊笼门和防护围栏完全关闭后才能启动运行。

8.楼层通道门

施工升降机楼层设置和长途的人进出通道，通道口和施工升降机交界处地面检修门之间必须设置。楼层接入门的高度不大于 1.8m，门相差的路径面的下边缘，不应超过50mm。这上下运动状态，只有当吊笼停靠时被人打开吊笼门。地面应做内部员工不能打开此门，以确保在封闭条件下的开口是没有危险。

9.通讯装置

由由于驾驶员的操作室位于里面的吊笼里，无法知道每个地板和混乱标志着地板的需求，所以你必须安装一个双向闭路电通信设备。驱动程序应该能够听到各楼层的需求信号。

10.地面进口处防护棚

施工升降机安全完成后，应及时搭设防护棚楼门口，防护棚搭设普通脚手架管材料的选择，防护棚长度不小于5米，有条件的防护棚与地面通道相连。宽度不应小于笼式升降机尺寸的最外端。顶级的用料可以是50mm厚的木板或竹篱笆，竹篱笆下的间距不应小于600mm。

11.断绳保护装置

吊笼和配重的钢丝绳发生断绳时，断绳保护开关切断控制电路，制动器抱闸停车。

2.3 无线呼叫接收基本原理

所有呼层信号通过标准信号线传送到呼叫信号控制器。呼叫信号控制器为MCS-51单片机组成的控制系统，控制器将所有呼层信号经过信号处理后通过无线通信方式将呼层信号传送到吊笼主控制系统。

在高层建筑施工中，由于施工楼层多，楼数高，以某层为例，楼高近100米。如果按传统方法，在每一施工层上设置上/下行呼叫按钮，则信号线就需要66根，这势必导致信号线多，成本高，为尽可能减少信号线的数量，本系统采用了二进制数字编码技术，即26=64，需6根信号线，加2根电源线共需8根线就能解决问题。这样大大减少了信号线的数量。同时根据施工楼层的基本层高，将信号线制作成标准线段，呼叫按钮制作成可拆卸的，随着施工楼层的升高，只需增加标准信号线段即可，组装拆卸方便。

2.4 自动选层及平层基本原理

由于施工升降机为齿轮、齿条传动，运行位置十分准确，在施工升降机吊笼内传动机构蜗杆轴端部同轴安装一个旋转编码器，随着轴的转动，旋转编转器提供一组与楼层高度成正比的脉冲数，通过对脉冲的计数，可以准确的反映出吊笼的运行位置，系统从而能够进行可靠的平层控制【4】。

2.5 系统总体方案

通过施工现场的需求，综合考虑施工环境因素与管理的便捷性，提出了施工升降机安全监测系统的设计架构。该安全监控系统主要由五大部分构成：(1)主控部分；（2）重量、加速度参数采集；（3）楼层无线呼叫接收；（4）数据的输入与输出；（5）远程监测。

小结

施工升降机的管理是一个复杂的综合性课题，除了把好管、用、养、修关之外，还必须做到领导重视，各级机械管理人员、机械操作人员、维修人员及相关配合人员之间责任明确，做到有章可循、有据可查、记录清晰、有人操作、有人监督、奖惩分明，专管与群管相结合，并注重强化机务人员的安全意识，提高业务素质和技术水平，使用、维护、保养严格按规程办事；只有持之以恒，常抓不懈，保持居安思危的忧患意识，真正做到“预防为主”，就一定能够杜绝重大机械设备事故的发生，保障机械设备安全优质高效地为我们的施工生产服务。

第三章施工升降机安全监测系统硬件设计

本系统通过设置在各施工楼层的呼叫器，自动检测每个施工层的呼叫信号,判断呼叫信号的上、下行状态，并根据吊笼的运行位置及载荷情况，自动选层并控制吊笼停靠层站及准确平层。当允许吊笼在指定楼层停靠时，系统在吊笼接近到达指定楼层时自动发出减速停靠指令，使吊笼准确停靠在指定楼层上，方便施工人员及施工物料的上、下。

3.1 单片机选型概述

本设计采用 C8051F 系列单片机作为该系统的主控制器，C8051F 系列单片机是真正能独立工作的片上系统，能有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗存储器，还具有在系线重新编程的能力即可用作程序存储器又可用作于非易失性数据存储，因而采用此种单片机。

3.2 系统设计总图

系统主要由信号采集模块的重量，加速度信号采集模块，无线楼

层呼叫接收器模块，键盘模块，数据存储，和一个接口电路模块，数码管显示模块声光报警模块和其他组件。主控制芯片硅模混合单片机C8051F单片机。通过收集升降机吊笼安装在顶部的销式重量传感器的信号，经过滤波，放大，A / D采样，并转换成数字信号。加速度传感器实时监控负载吊笼，然后修正，以确定是否超载。两部分由无线模块和接收模块的无线地板楼层呼叫。使用315MHz的无线接收后，在编解码器模块发送和接收信号的每个楼层的每个楼层高度校准的旋转编码器的脉冲数，在解除操作时，计数器输出的脉冲的脉冲数字和相应的楼层数作比较，以确定当前的楼层号，以实现精确的平层。通过键盘模块和显示模块的完整的交互式的数字输入和输出的系统。数据存储和接口电路模块，用于存储该升降机的操作参数，主要是负责，并且可以检测各种参数U盘转储。